麦豆套作对小麦农艺性状和光合特性的影响

王颂宇，杨绣娟，董泽鹏，薛世通，王爱萍，董 琦

（山西农业大学农学院，山西太谷 030801）

小麦是最主要的粮食作物之一，种植面积居于栽培谷物的首位[1]。间套作可以减少病虫害发生，抑制田间杂草生长，增加土壤肥力，增加农田生态系统生物多样性，提高复合群体总产量，是一种高效利用农业自然资源的集约种植模式[2-7]。间套作系统在改进光的群体分布、提升光截获率以及转化效率方面较单作有较大优势。这可能是因为间套作体系所独有的结构特质，间套环境中2种作物的三维组成营造出立体的田间冠层结构，致使光能的分配模式发生改变[8]。间套作在很多研究中被证实既能确保作物的良好生长，又使其互相促进、补充，克服或减小共生期矛盾，提高土地、时间、光能、热能等利用率[9-11]。TANG等[12]阐述间套作体系高产的主要原因是组成作物对于自然资源需求的不同以及间套作会比分别单作能更好促进作物的养分吸收。ZHANG等[13]对玉米—豆类间套作的研究显示，光的利用竞争对作物的株高、产量产生了显著影响。李学敏[14]研究发现，小麦辣椒玉米间套作可有效改变农田小气候因子，光合有效辐射明显高于单作。李增嘉等[15]研究表明，增加对玉米—蔬菜间套作种植方式投入比增加对小麦—夏玉米间套和春玉米单作投入更能获得高产高效。很多学者进行了禾本科和豆科植物间套作对作物生长发育和产量等方面影响的研究，但是关于小麦和豌豆套作的研究报道较少。

本试验以小麦单作为对照，研究小麦单作以及小麦与豌豆套作模式对小麦株高、茎粗等农艺性状和光合速率、叶绿素含量等光合特性的影响，以期为提高农业生产效率和实现可持续发展提供思路和理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试冬小麦品种为长4738，由山西省农业科学院谷子研究所提供；供试豌豆品种为晋豌豆3号，由山西省农业科学院右玉试验站提供。

1.2 试验地概况

试验地位于山西省晋中市山西农业大学农作站，年平均气温一般介于5～10℃，小麦处于三叶期、分蘖期、越冬期时气温持续降低，最低气温为-18℃，小麦处于灌浆成熟期，气温上升较快，最高气温为34℃。土壤前茬作物为小麦，壤土，耕性和肥力较好，耐旱耐涝，适种性广。

1.3 试验设计

冬小麦在2016年9月27日播种，豌豆于2017年3月25日播种。采用盆栽试验，设小麦单作（MT）和小麦豌豆套作（MD）共8个处理，如表1所示。

表1 试验处理

1.4 测定指标及方法

分别于小麦的孕穗期、抽穗期、灌浆期和成熟期，在8个处理的各个小区中选取5株具有代表性的小麦植株，测定小麦的茎粗、株高、黄绿叶分布和节间长度。在小麦开花期后的 7，14，21，28，35 d，选取8个处理的各个小区中5株生长发育态势一致的小麦植株，用CI-340便携式光合仪（CID Bio-Science，Inc.USA）测定小麦旗叶的净光合速率，测定数据应选择晴朗无风的天气，在9：00—11：00进行测定。每株重复3次，试验结果取平均值，使用SPAD-502叶绿素测定仪，测定小麦旗叶的叶绿素含量，每株重复3次，结果取平均值。

1.5 数据分析

试验数据采用Duncan新复极差法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 小麦豌豆套作对小麦农艺性状的影响

2.1.1 小麦豌豆套作对小麦茎粗的影响 从表2可以看出，各处理组茎粗在小麦孕穗期和抽穗期差异不显著，在灌浆期和成熟期有显著差异。其中，在灌浆期M1D2处理显著高于M2D3处理，在成熟期M1D3，M2D2，M2D3处理显著高于M1D1处理。结果表明，小麦豌豆套作M1D3和M2D2处理可以显著提高小麦茎粗。

2.1.2 小麦豌豆套作对小麦株高的影响 由表3可知，各处理小麦株高在小麦生长后期的4个时期中均有显著差异。其中，在孕穗期M1D3处理显著高于M1T和M2T处理；在抽穗期，M1D3处理显著高于M1D1和M1D2处理；在灌浆期，M1D2处理显著高于 M1D3，M2D3，M1T处理；在成熟期，M1D1，M1D3处理显著高于M2T处理。结合4个生育时期总体表明，小麦豌豆套作相对小麦单作提高了小麦株高，其中，M1D3处理尤为显著。

表2 小麦豌豆套作对小麦茎粗的影响 mm

表3 小麦豌豆套作对小麦株高的影响 cm

2.1.3 小麦豌豆套作对小麦黄绿叶分布情况的影响 由图1可知，4个时期中，8个处理的黄叶均呈现越来越多的趋势，到成熟期均为黄叶。从孕穗期开始小麦黄叶便多于绿叶，这可能是与小麦的环境条件有关。与小麦豌豆套作相比，小麦单作（尤其是M1T处理）在孕穗期、抽穗期和灌浆期的绿叶较多，因为从土壤吸收的营养物质全部用于小麦生长，而小麦豌豆套作时豌豆会分得部分营养，在灌浆期M1D1和M2D1处理的绿叶明显比M1D2，M1D3和M2D2处理绿叶多。说明小麦单作（M1T，M2T）或套作中豌豆播量少的处理（M1D1，M2D1）绿叶在叶片中占比较大，从而有利于制造更多的光合产物。

2.1.4 小麦豌豆套作对小麦节间长度的影响 穗下节长与株高相关密切[16]，一般认为穗下节的长短对植株高矮影响最大[17]。从图2可以看出，在孕穗期，M1D3，M2D1和M2D2处理的第1节间较短，穗下节较长，M1D2处理虽然第1节间在所有处理中最长，但穗下节也最长；在抽穗期，M1D3，M2T和M1D2处理的第1节间长度较短，穗下节较长；在灌浆期，M1D3和M2D1处理第1节间较短，穗下节相对较长；在成熟期，M1D3和M2D3处理的第1，2节间较短，穗下节长，尤其是M1D3处理最为明显。综合4个时期可以得出，套作处理中穗下节较长，其中，M1D3处理的节间长度是使小麦长高的最合适比例，同时也与2.1.2研究小麦株高的结论相符合。

2.2 小麦豌豆套作对小麦光合特性的影响

2.2.1 小麦豌豆套作对小麦旗叶光合速率的影响

从图3可以看出，在小麦开花后7～14 d，除了M2T和M2D1处理外，其他处理的旗叶光合速率均呈上升趋势；在开花后的14～35 d，所有处理的光合速率都持续下降，在第35天达到最低点。M2T处理光合速率虽然一直降低，但相对其他处理基本处于较高的水平，M2D3处理在开花第35天光合速率最高，说明小麦单作时播量较高的处理和小麦豌豆套作以M2D3的播种比例对于小麦籽粒的形成和发育有利。

2.2.2 小麦豌豆套作对小麦旗叶叶绿素含量的影响 从图4可以看出，随着开花时间的增加，各处理小麦旗叶叶绿素含量都呈逐步下降的趋势（M1D1和M1D3处理除外），开花后35 d叶绿素含量最低。

在开花后 7～21 d 期间，M2D1，M2D2，M1T及M2T处理的叶绿素含量下降幅度很小，在开花后7～28 d期间，M1D1处理的叶绿素含量下降幅度较小，可能当时的温度与叶绿素形成的最适温度相一致，而之后各个处理叶绿素下降幅度较大，原因可能与高温不适宜叶绿素形成有关。

在套作处理中，豌豆播种量少的处理的叶绿素含量明显比豌豆播种量较多的处理含量高，与前面

2.1.3研究的黄绿叶分布情况在同一时期结果一致；单作处理M1T的叶绿素含量在各个时期均低于M1D1和M2D1处理，M2T处理在开花后35 d相对于各个处理叶绿素含量最低。因此，套作处理M1D1和M2D1优于单作处理。

3 结论与讨论

3.1 讨论

刘兴艳[18]在玉米—大豆间作和施氮对玉米产量及农艺性状的研究中，间作玉米的株高比单作玉米的株高低。这与本试验得到的小麦豌豆套作能使小麦茎秆和穗下节增长的结论相反，可能是小麦豌豆套作处理中间距比小麦单作间距小，小麦和豌豆之间的竞争增强，促使小麦吸收养分，从而株高较小麦单作时高；也有可能是根瘤菌对小麦的促进作用比对玉米的作用强。其具体的原因还需要进一步研究。

本试验中，小麦单作播量高的处理M2T在各个时期中光合速率处在较高水平，套作中的M2D3处理在开花后35 d光合速率处于最高，利于小麦籽粒生成。这与王秀领等[19]研究的间作能够提高玉米光合速率的结果不太一致。这可能是小麦单作播量高会增加竞争力，争夺阳光资源，从而增强光合速率。

叶绿素是高等植物进行光合作用的一类色素，在光吸收中起重要作用，因而，对小麦旗叶光合强度有直接影响。王倩[20]进行了玉米花生间作对玉米光合特性及产量形成的影响研究，结果表明，间作能将玉米功能叶片内的叶绿素含量提升。这与本试验得到的结论一致。但在本试验的套作处理中，豌豆播种量少的处理（M1D1和M2D1）的叶绿素含量明显比豌豆播种量较多的处理含量高，套作中豌豆根系可以固定空气中的氮从而增加土壤中的氮含量，因此，叶绿素含量增多；豌豆含量多的套作处理，2种作物之间的竞争会变大，小麦营养不足提前衰老，使叶绿素含量降低。说明套作能使叶绿素含量升高的最适比例在（6.25∶1）～（7.5∶1）。

本试验是在小麦豌豆套作模式下研究不同套作的处理组合对小麦农艺性状及其光合特性的影响，而对于不同套作处理对小麦的理化指标和产量的影响还需进一步研究，为田间小麦豌豆套作管理提供参考依据。

3.2 结论

本试验研究表明，小麦豌豆套作可以增加小麦茎粗，其中，M1D2和M2D3处理显著提高小麦茎粗，尤其是在成熟期提高幅度最大；小麦的穗下节长与小麦株高有一定的正相关性，结合小麦株高和各个节间长度分析得出，小麦豌豆套作能使小麦茎秆和穗下节增长，M1D3处理更为显著；在黄绿叶分布情况方面，套作模式下豌豆比例越大绿叶越少，小麦单作中M1T处理及套作中豌豆比例较少的处理M1D1和M2D1有利于功能叶的形成和维持；小麦单作时播量较高的处理M2T和套作处理中M2D3的播种比例能够提高小麦光合速率；套作中M1D1和M2D1处理利于形成叶绿素，增强小麦的光合强度。这些结果表明，小麦豌豆套作有利于提高小麦生育后期的株高、茎粗、节间长和叶绿素含量，适宜小麦生长。